人造金剛石是人工合成物質中熱導率最高的,熱導率可達2000W/m.K;金剛石的線熱膨脹系數可低至1.2ppm/K。銅的熱導率380W/m.K,熱膨脹系數18ppm/K
。這兩者合成的金剛石-銅復合片熱導率可達800W/m.K,熱膨脹系數5ppm/K左右。這種特別的材料最適合制作高速運算或高功率半導體芯片的襯底及導熱材料,例如照明用LED的芯片襯底,電腦CPU等大面積芯片的熱沉轉接導熱片。除了高熱導率,金剛石-銅復合片的熱膨脹系數可以調整到接近半導體芯片的熱膨脹系數,避免熱應力對半導體芯片的破壞。
為什么不能直接使用金剛石做這些襯底或導熱片呢?目前生產人造金剛石的技術主要有三類:一是CVD金剛石多晶膜,這種薄膜厚度和結構力度是否合于使用姑且不論;主要是其造價及耗能甚高,目前不適宜大批量在半導體工業上應用。其二是爆炸法生產的人造金剛石微粒,這種金剛石粒徑小,晶形破碎,雜質較多,可以做一些需要增加熱導率材料的填充添加物,但不適合做金剛石-銅復合片。已經工業化大批量生產多年的高溫高壓合成金剛石單晶顆粒,自然就成為主角材料了。然而金剛石是碳元素晶格,硬度雖高但沒有金屬的延展性,在高溫下容易石墨化或燒成二氧化碳。在高壓制程中眾多小顆粒聚合在一起擠壓,晶格會從脆弱面崩裂,這些崩裂的碎片造成成品材料內部的空隙。金剛石是利用‘聲子’傳熱,空隙就成了高熱阻。所以即使能將金剛石粉末壓合在一起也不能成為好的導熱材料。銅的延展性和熱導率在金屬中都是名列前茅的,利用銅材料填充金剛石顆粒間的縫隙就能解決這個問題。當然,也可以制作金剛石-鋁復合材料。